优化PCB布局实现高速ADC设计

　　图8：高频处，标准FR4材料上的层间耦合可能无处不在（40~60dB），请注意隔离。对于特定设计可能足够，但隔离应视应用而定。

　　举例来说，某层上的高噪声数字平面具有高速开关的1V信号，这意味着，另一层上将会“看到”1mV的耦合（约60dB的隔离）。对具有2Vp-p满量程摆幅的12位模拟数字转换器（ADC），这是2个最低有效位（LSB）的耦合。对于特定系统而言，这可能不成问题，但应注意，如果提升2位（从12位增至14位），灵敏度只会提高四倍，即8个LSB。

　　忽略这种平面间耦合，很可能使系统失效，或者影响设计性能。这里必须指出的是，两个平面间存在的耦合可能超出想象。

　　在感兴趣的频谱内发现噪声耦合时应注意这一点。有时布局决定了非预期信号或是平面将被交叉耦合到不同的层，在调试敏感系统时请记住这一点。该问题可能出现在下面一层。

　　分离地

　　全球模拟信号链设计人员最常提出的问题是，使用ADC时是否应该将地平面分离成AGND和DGND地平面？简单回答是：视情况而定。

　　详细回答则是：通常不分离。在大多数情况下，盲目分离地平面只会增加返回电流的电感，因此，它所带来的坏处大于好处。还记得公式V=L（di/dt）吗？随着电感增加，电压噪声会提高。

　　随着电感增加，您一直努力降低的PDS阻抗也会增加。随着增加ADC采样速率的需求继续增长，增加开关电流的方法却只有这些。因此，除非有理由分离地平面，否则请保持这些接地连接。

　　关键是电路合理分割，这样就不必分离地平面（图9）。请注意，如果布局允许将各电路保持在各自区域内，便无需分离地平面。如此分割可以提供星型接地，因此，可将返回电流局限在特定的电路部分。例如，受尺寸限制的影响而使得电路板无法实现良好布局分割的情况。这可能是为了符合传统设计或尺寸要求而必须将恶劣的总线电源或高噪声的数字电路放在特定区域的缘故。这种情况下，分离地平面是实现良好性能的关键。

　　图9：对于每一应用地平面分离可能并无必要，因为鲁棒的高速设计建立在固态PCB电路分区周围而将电流局限在特定区域。

　　然而，为使整体设计有效，还必须在电路板的某个地方用一个电桥或是连接点将这些地连接在一起。因此，应将连接点均匀地分布在分离的地平面上。

　　最终，PCB上的连接点往往成为使返回电流通过，而不会导致性能降低或者强行将返回电流耦合至敏感电路的最佳位置。如果此连接点位于转换器附近或下方，则根本无需分离接地。

　　本文小结

　　由于关于最佳布局的评论太多，所以在布局上的考虑总是令人困惑。技术和原则一直是ADI“设计文化”的一部分。在工程师倾向于借鉴以往设计经验的同时，产品的上市压力也使设计人员不愿去更改或是尝试新事物。他们拘泥于风险权衡，直至系统内出现了重大问题。

　　在评估板、模块和系统层面，简单的单一接地适合于所有情况。良好的电路分割才是关键，这也将影响到平面和相邻层的布局。请注意，如果敏感平面在高噪声数字平面之上，则有可能发生交叉耦合。

　　组装也是重要因素。提供给PCB车间或组装车间的制造笔记应善加利用，从而确保IC裸露焊盘和PCB之间具有可靠连接。因组装不良而导致的系统性能欠佳不计其数。

　　不过，靠近电源平面入口点和转换器VDD引脚的去耦总是有利的。对于增加的、固有高频去耦，应利用4密尔（mil）或间距更小的紧密电源平面和地平面。此方法不会带来额外成本，只需花五分钟更新PCB制造笔记。

　　在设计高速、高分辨率转换器布局时，无法照顾到所有的具体特性。每一应用各不相同，有的甚至更为独特。不过，上述关键点却可以帮助设计人员加深对未来系统设计的理解。